Ce este o proprietate de barieră?
O proprietate de barieră exprimă capacitatea unui material de a limita trecerea unei substanțe prin ambalaj. În ambalare, cele mai importante bariere sunt cele împotriva oxigenului, vaporilor de apă, dioxidului de carbon, luminii, aromelor și altor compuși volatili.
Transferul unei substanțe printr-un material polimeric are loc, în general, prin trei etape: sorbția la suprafața materialului, difuzia prin material și desorbția pe partea opusă. Viteza acestui transfer depinde de natura substanței, structura materialului și condițiile de testare.
O substanță ajunge la suprafața materialului, pătrunde în acesta și se deplasează prin structura sa, apoi este eliberată pe partea opusă.
Permeabilitate și permeație
Permeabilitatea descrie proprietatea intrinsecă a materialului de a permite trecerea unei anumite substanțe. Permeația descrie transferul efectiv printr-o probă sau structură cu o anumită grosime, în condiții definite.
Din acest motiv, două materiale pot avea aceeași compoziție chimică, dar performanțe diferite dacă diferă prin grosime, structură sau condițiile de utilizare. În practică, performanța de barieră este exprimată prin indicatori măsurabili precum OTR pentru oxigen și WVTR pentru vaporii de apă.
Ideea esențială: o barieră nu înseamnă că materialul blochează absolut o substanță. Înseamnă că limitează transferul acesteia la un nivel determinat și măsurabil.
Ce poate traversa un material de ambalare?
Materialele de ambalare nu sunt, în general, bariere absolute. Moleculele unor gaze, vapori sau compuși organici pot traversa materialul prin procese de sorbție, difuzie și desorbție. Acest transfer poate avea loc în ambele sensuri, în funcție de diferența de concentrație sau de presiune parțială dintre cele două fețe ale materialului.
Gaze
Oxigenul, dioxidul de carbon și, în anumite aplicații, azotul pot traversa materialele de ambalare. Rata de transfer este caracterizată prin indicatori precum OTR și CO₂TR.
Vapori de apă
Vaporii de apă pot trece prin material atunci când există o diferență de activitate sau presiune a vaporilor de apă între cele două fețe. Performanța este exprimată prin WVTR.
Compuși organici volatili
Compușii aromatici și alte substanțe volatile pot fi pierdute din produs sau pot pătrunde din exterior. Fenomenul este important pentru păstrarea aromei și evitarea contaminării senzoriale.
Arome și mirosuri
Unele molecule aromatice pot fi absorbite de material, pot difuza prin acesta și apoi pot fi eliberate. Acest fenomen poate duce la pierderea aromei sau la transfer de mirosuri.
Grăsimi și uleiuri
În anumite materiale, componentele grase pot pătrunde în substrat sau pot interacționa cu acesta, afectând aspectul, rezistența sau funcția ambalajului.
Apă lichidă și contaminanți
Acestea trebuie tratate diferit de permeația gazelor și vaporilor. Rezistența la apă lichidă sau la contaminanți nu poate fi dedusă automat dintr-o valoare OTR sau WVTR.
Cum are loc transferul?
Pentru multe materiale polimerice, o moleculă care traversează materialul trebuie mai întâi să se dizolve sau să fie absorbită la suprafață, apoi să difuzeze prin material și, în final, să fie eliberată pe partea opusă. Acest mecanism explică de ce structura chimică a materialului influențează direct proprietățile de barieră.
Prin urmare, o bună proprietate de barieră pentru o anumită substanță nu înseamnă automat o bună barieră pentru toate celelalte. De aceea, în ambalare se folosesc indicatori și teste distincte pentru oxigen, vapori de apă, CO₂ și, atunci când este necesar, pentru alți compuși.
Bariera la oxigen — OTR
OTR (Oxygen Transmission Rate) reprezintă rata la care oxigenul traversează un material de ambalare. Este unul dintre principalii indicatori utilizați pentru caracterizarea barierei la oxigen.
O valoare OTR mai mică indică o transmitere mai redusă a oxigenului și, prin urmare, o barieră mai bună la oxigen, în condițiile în care măsurarea a fost efectuată.
Ce măsoară OTR?
OTR exprimă cantitatea de oxigen care traversează o anumită suprafață de material într-un anumit interval de timp, în condițiile de temperatură, umiditate și diferență de presiune parțială stabilite pentru test.
Cum se interpretează?
Într-o comparație efectuată în aceleași condiții, un material cu OTR mai mic oferă o barieră mai eficientă la oxigen decât unul cu OTR mai mare.
De ce contează oxigenul?
Oxigenul poate participa la reacții de oxidare care modifică produsul. În funcție de produs, acestea pot produce râncezirea grăsimilor, pierderea unor vitamine, modificarea culorii, degradarea aromelor sau alte modificări de calitate.
De aceea, produsele sensibile la oxidare pot necesita materiale sau structuri cu OTR foarte scăzut, în special atunci când durata de păstrare este lungă sau când există un volum redus de oxigen tolerabil în interiorul ambalajului.
OTR nu este o valoare universală
Important: valorile OTR pot fi comparate corect numai dacă sunt cunoscute condițiile în care au fost măsurate. Un OTR foarte mic obținut în anumite condiții nu poate fi comparat direct cu o valoare obținută la altă temperatură sau umiditate.
Bariera la vapori de apă — WVTR
WVTR (Water Vapor Transmission Rate) reprezintă rata la care vaporii de apă traversează un material de ambalare. Este indicatorul principal utilizat pentru caracterizarea barierei la vapori de apă.
O valoare WVTR mai mică indică o transmitere mai redusă a vaporilor de apă și, în aceleași condiții de testare, o barieră mai bună la umiditate.
Ce măsoară WVTR?
WVTR exprimă cantitatea de vapori de apă care traversează o anumită suprafață de material într-un anumit interval de timp, în condițiile de temperatură și umiditate relativă stabilite pentru test.
Cum se interpretează?
Într-o comparație efectuată în aceleași condiții, un material cu WVTR mai mic limitează mai eficient transferul vaporilor de apă decât unul cu WVTR mai mare.
De ce este importantă bariera la umiditate?
Pătrunderea vaporilor de apă poate modifica direct proprietățile produsului. Pentru produse uscate, de exemplu, creșterea umidității poate provoca aglomerarea pulberilor, pierderea crocantității, modificarea texturii sau reducerea stabilității.
În alte aplicații, este importantă limitarea pierderii de apă din produs. Prin urmare, ambalajul poate avea rolul de a controla transferul de vapori de apă în ambele sensuri.
Ce influențează WVTR?
WVTR trebuie corelat cu produsul
O valoare WVTR nu spune singură dacă un ambalaj este suficient pentru o anumită aplicație. Pentru o specificație tehnică trebuie cunoscută cantitatea de umiditate pe care produsul o poate tolera și durata pentru care această limită trebuie menținută.
Important: valorile WVTR trebuie comparate numai atunci când sunt cunoscute condițiile de testare, în special temperatura și umiditatea relativă. O valoare obținută la condiții diferite nu este direct comparabilă.
Bariera la CO₂ și alte gaze
Dioxidul de carbon (CO₂) traversează materialele de ambalare printr-un mecanism similar altor gaze: dizolvare la suprafața materialului, difuzie prin material și desorbție pe partea opusă. Rata de transfer este caracterizată prin CO₂TR (Carbon Dioxide Transmission Rate).
Controlul permeației CO₂ este important în special atunci când ambalajul trebuie să păstreze o concentrație de gaz în interior sau să limiteze schimbul de gaze cu exteriorul.
CO₂TR
Exprimă cantitatea de CO₂ care traversează o anumită suprafață de material într-un anumit interval de timp, în condițiile definite pentru testare. O valoare mai mică indică o barieră mai bună la CO₂.
Retenția CO₂
În ambalajele pentru produse carbogazoase, pierderea treptată a CO₂ poate reduce carbonatarea și poate modifica proprietățile senzoriale ale produsului.
Atmosfera modificată
În ambalarea în atmosferă modificată, schimbul de gaze prin material poate modifica treptat compoziția atmosferei din ambalaj și poate afecta stabilitatea produsului.
Când este importantă bariera la CO₂?
Pierderea CO₂ prin pereții ambalajului poate reduce nivelul de carbonatare în timpul depozitării.
Cafeaua proaspăt prăjită poate elibera CO₂ după prăjire. În anumite sisteme de ambalare este necesar controlul schimbului de gaze, inclusiv prin utilizarea unor valve specializate.
Nu toate aplicațiile cer o barieră maximă
În unele ambalaje, schimbul de gaze trebuie limitat; în altele, acesta trebuie controlat sau chiar permis. De exemplu, un ambalaj pentru un produs care eliberează gaze nu trebuie proiectat automat ca o barieră absolută, deoarece acumularea presiunii poate deveni o problemă de siguranță și funcționalitate.
Important: CO₂TR trebuie interpretat în condițiile în care a fost măsurat, iar performanța materialului trebuie analizată împreună cu celelalte componente ale ambalajului — în special închiderile, valvele, cusăturile și zonele de etanșare.
Bariera la lumină și radiații UV
Lumina poate provoca reacții fotochimice în produs sau poate accelera reacții de oxidare. Efectul este relevant pentru substanțele fotosensibile și poate duce la decolorare, degradarea vitaminelor, modificarea aromelor sau pierderea stabilității chimice.
Radiațiile ultraviolete (UV) reprezintă partea cu lungimi de undă mai scurte a spectrului ultraviolet și au, în general, o energie mai mare decât lumina vizibilă. Pentru produsele sensibile, controlul transmisiei luminii poate fi o cerință reală de protecție, nu doar o caracteristică estetică a ambalajului.
Transmitanța luminii
Exprimă proporția de radiație luminoasă care trece prin material. O transmitanță mai redusă înseamnă că materialul lasă să treacă mai puțină lumină.
Protecția UV
Poate fi obținută prin materiale care absorb sau reflectă radiația UV ori prin structuri care reduc transmiterea acesteia către produs.
Opacitate
Un ambalaj opac poate reduce puternic expunerea produsului la lumină. Folia de aluminiu este un exemplu de structură cu protecție foarte ridicată împotriva luminii.
Produse sensibile la lumină
Sensibilitatea la lumină apare în numeroase categorii de produse. Exemplele includ anumite produse farmaceutice, vitamine și ingrediente sensibile, uleiuri, produse alimentare și produse cosmetice.
În cazul unui produs fotosensibil, specificația ambalajului poate include o limită privind transmitanța luminii într-un anumit interval spectral, nu doar o descriere generală de tipul „protecție UV”.
Soluții uzuale
Important: pentru un produs fotosensibil, „protecție UV” nu este suficientă ca specificație tehnică. Trebuie cunoscută transmitanța în domeniul spectral relevant și trebuie demonstrat că nivelul de expunere rămas este compatibil cu stabilitatea produsului.
Bariera la arome și compuși volatili
Compușii aromatici și alte substanțe volatile pot traversa anumite materiale de ambalare prin sorbție, difuzie și desorbție. Transferul poate avea loc din produs către exterior sau invers, din mediul exterior către produs.
Pentru produsele aromatice, acest fenomen poate duce la pierderea treptată a compușilor volatili. În sens invers, ambalajul poate permite pătrunderea unor mirosuri din exterior și apariția unor modificări senzoriale.
Pierderea aromelor
Moleculele volatile pot fi absorbite în material și apoi pot difuza prin acesta. Dacă rata de transfer este suficient de mare, concentrația compușilor aromatici din produs scade în timp.
Pătrunderea mirosurilor
Compușii volatili din mediul exterior pot traversa materialul și pot fi absorbiți de produs. Fenomenul este relevant în timpul depozitării în apropierea unor produse cu miros puternic.
De ce contează structura polimerului?
O moleculă volatilă trebuie mai întâi să interacționeze cu suprafața materialului și să se dizolve sau să fie absorbită în acesta. Apoi se deplasează prin volumul materialului și este eliberată pe partea opusă.
Din acest motiv, polaritatea polimerului, volumul liber dintre lanțurile moleculare și afinitatea chimică dintre polimer și compusul volatil influențează transferul. Nu există o singură valoare de „barieră la aromă” valabilă pentru toate substanțele.
Unde este importantă această proprietate?
Important: performanța la aromă trebuie evaluată pentru compusul sau amestecul relevant. O structură cu barieră foarte bună la oxigen nu este automat o barieră la fel de bună pentru compușii aromatici.
Rezistența la grăsimi și uleiuri
Grăsimile și uleiurile pot pătrunde în structura unor materiale poroase sau polimerice și pot modifica proprietățile acestora. În ambalajele din hârtie și carton, fenomenul poate produce pătarea substratului, pierderea rezistenței și trecerea grăsimii către exterior.
Rezistența la grăsimi este diferită de bariera la oxigen sau la vapori de apă și trebuie evaluată prin metode specifice. Pentru ambalajele pe bază de fibre, performanța este obținută frecvent prin utilizarea unor acoperiri sau tratamente de suprafață.
Penetrarea grăsimii
Grăsimea poate pătrunde prin porii și capilarele hârtiei sau cartonului. În timp, aceasta poate ajunge pe partea opusă a ambalajului și poate afecta aspectul sau funcționalitatea acestuia.
Rezistența la grăsimi
Pentru hârtie și carton există metode de testare dedicate care evaluează capacitatea materialului de a rezista penetrării și pătrunderii grăsimilor și uleiurilor.
Acoperiri barieră
Acoperirile pot reduce porozitatea suprafeței și pot limita contactul direct dintre grăsime și structura fibrelor, oferind astfel protecție suplimentară.
De ce este importantă pentru ambalajele din fibre?
Hârtia și cartonul sunt materiale poroase. În lipsa unei bariere adecvate, uleiurile pot pătrunde în rețeaua de fibre prin absorbție și capilaritate. Acest lucru poate duce la apariția petelor și la reducerea proprietăților mecanice ale substratului.
În cazul ambalajelor pentru alimente grase, este importantă și prevenirea pierderii produsului prin ambalaj și menținerea integrității structurii pe durata utilizării.
Cum se obține rezistența la grăsimi?
Important: rezistența la grăsimi nu trebuie confundată cu impermeabilitatea totală. Performanța trebuie demonstrată printr-o metodă de testare adecvată aplicației și materialului utilizat.
Bariera funcțională și protecția împotriva contaminanților
O barieră funcțională este un strat sau o structură care limitează transferul anumitor substanțe între material și produs. În materialele pentru contact alimentar, conceptul este utilizat în special pentru a controla migrarea substanțelor către aliment, atunci când sunt îndeplinite condițiile prevăzute de legislația aplicabilă.
Bariera poate fi realizată printr-un strat polimeric, un strat de acoperire, o structură multistrat sau o combinație de materiale. Eficiența ei trebuie demonstrată pentru substanțele și condițiile de utilizare relevante.
Barieră chimică
Limitează transferul anumitor substanțe chimice dintr-un strat al ambalajului către produs sau între diferite straturi ale structurii.
Barieră fizică
Poate limita trecerea gazelor, vaporilor, lichidelor sau particulelor prin structura ambalajului. O astfel de proprietate este caracterizată prin teste specifice, precum OTR sau WVTR.
Barieră microbiologică
Nu trebuie dedusă automat din proprietățile de barieră la gaze sau vapori. Controlul microorganismelor presupune cerințe și metode de evaluare specifice.
Bariera funcțională în structurile multistrat
Un exemplu tipic este o structură în care stratul exterior asigură proprietăți mecanice, stratul central oferă bariera, iar stratul interior permite etanșarea și contactul cu produsul. Fiecare strat are o funcție distinctă.
În cazul materialelor destinate contactului alimentar, o barieră funcțională poate fi relevantă pentru limitarea migrării. Regulamentul (UE) nr. 10/2011 definește și stabilește condiții pentru utilizarea unei bariere funcționale în materialele plastice destinate contactului cu alimentele.
Ce nu trebuie confundat
Important: o barieră funcțională trebuie evaluată în raport cu substanța pe care trebuie să o rețină și cu condițiile concrete de utilizare. Termenul „barieră” nu reprezintă, în sine, o garanție de protecție împotriva tuturor substanțelor sau contaminanților.
Materiale cu proprietăți de barieră
Proprietățile de barieră diferă semnificativ între materiale. Niciun polimer nu oferă simultan performanță maximă pentru toate tipurile de permeație, motiv pentru care în ambalaje se utilizează atât materiale monostrat, cât și structuri multistrat.
| Material | Barieră la O₂ | Barieră la vapori de apă | Caracteristică tehnică |
|---|---|---|---|
| PE | slabă | bună | Utilizat frecvent ca strat de etanșare și pentru protecția la umiditate. |
| PP | moderată | bună | Rezistență bună la umiditate și temperaturi de utilizare relativ ridicate. |
| PET | bună | moderată | Bună rigiditate, stabilitate dimensională și proprietăți de barieră la gaze. |
| PA | bună | slabă–moderată | Proprietăți mecanice ridicate; performanța la gaze este influențată de umiditate. |
| EVOH | foarte bună | slabă | Barieră foarte eficientă la oxigen în condiții de umiditate controlată. |
| Aluminiu | foarte ridicată | foarte ridicată | Oferă și protecție foarte ridicată împotriva luminii atunci când stratul este continuu. |
De ce se combină aceste materiale?
Un material poate avea o proprietate excelentă și o altă proprietate mai slabă. De exemplu, EVOH oferă o barieră foarte bună la oxigen, dar este sensibil la umiditate. De aceea, într-o structură multistrat, EVOH este de regulă protejat între alte straturi polimerice.
În mod similar, PE poate asigura o bună barieră la vapori de apă și o etanșare eficientă, dar nu oferă aceeași protecție la oxigen ca EVOH. Combinarea celor două permite obținerea unei structuri cu proprietăți complementare.
Materialul nu trebuie evaluat izolat
Într-un ambalaj real, performanța rezultă din combinația dintre material, grosime, structură, etanșare și celelalte componente. Valorile de permeabilitate din fișele tehnice trebuie comparate numai când sunt cunoscute condițiile de testare.
Structuri multistrat și laminare
O structură multistrat combină două sau mai multe materiale pentru a obține simultan proprietăți care nu pot fi asigurate suficient de un singur strat. Într-un ambalaj flexibil, fiecare strat poate avea o funcție tehnică distinctă.
Strat structural
Asigură rezistența mecanică, rigiditatea, imprimabilitatea sau stabilitatea dimensională. Exemple: PET și PA.
Strat barieră
Reduce transmiterea oxigenului, vaporilor de apă, gazelor sau altor substanțe. Exemple: EVOH, aluminiu și anumite acoperiri.
Strat de etanșare
Permite formarea închiderii prin termosudare și asigură contactul cu produsul. PE și PP sunt utilizate frecvent în această funcție.
Laminarea
Laminarea constă în unirea a două sau mai multe straturi pentru formarea unei structuri compozite. Straturile pot fi unite cu adeziv sau prin alte tehnologii de laminare, în funcție de materialele utilizate.
Un exemplu tehnic este o structură PET / EVOH / PE: PET poate furniza rezistență și stabilitate dimensională, EVOH funcționează ca strat de barieră la oxigen, iar PE asigură termosudarea și contactul cu produsul.
Coextrudare vs. laminare
Mai multe materiale sunt extrudate simultan și formează o structură multistrat în aceeași etapă de procesare.
Straturi deja formate, precum filme, folii sau substraturi imprimate, sunt unite pentru a obține structura finală.
Avantajul tehnic și limita principală
Principalul avantaj este posibilitatea de a combina proprietăți diferite într-un singur ambalaj: barieră, rezistență mecanică, etanșare și protecție a produsului.
Limita este că o structură formată din materiale diferite poate fi mai dificil de separat și reciclat. Din acest motiv, dezvoltarea structurilor multistrat trebuie analizată împreună cu cerințele de reciclabilitate și cu infrastructura disponibilă.
Bariera materialului vs. performanța ambalajului finit
O valoare bună de permeabilitate pentru un film sau o folie nu garantează aceeași performanță pentru ambalajul finit. În produsul final apar cusături, termosuduri, îmbinări, capace, fitinguri, valve și alte componente prin care poate avea loc transferul.
Din acest motiv, cerința de barieră trebuie verificată atât la nivelul materialului, cât și la nivelul structurii și al ambalajului complet.
Filmul sau folia
OTR, WVTR sau alte valori de permeabilitate caracterizează materialul sau proba testată în condiții definite.
Structura ambalajului
Grosimea și dispunerea straturilor influențează transferul. Adezivii, acoperirile și straturile de barieră fac parte din performanța structurii.
Ambalajul finit
Zonele de închidere și componentele auxiliare pot deveni căi de transfer și pot determina performanța reală a sistemului.
Zonele care pot limita performanța
Termosuduri și cusături
O zonă de sudură necorespunzătoare, contaminată sau incomplet formată poate compromite etanșeitatea ambalajului, chiar dacă materialul propriu-zis are proprietăți bune de barieră.
Închideri și capace
Pentru recipiente rigide, performanța totală este influențată de ansamblul format din corp, capac, garnitură și sistemul de închidere.
Valve și fitinguri
În ambalajele prevăzute cu valve sau alte componente funcționale, acestea trebuie incluse în evaluarea sistemului de barieră.
Defecte și deteriorări
Microperforațiile, fisurile, zgârieturile sau deteriorarea stratului de barieră pot modifica semnificativ performanța reală.
De ce contează această diferență?
Un furnizor poate declara, de exemplu, un OTR foarte scăzut pentru un film. Această valoare descrie proba testată, nu automat rata de transmitere a oxigenului prin întregul ambalaj comercial.
Pentru aplicațiile cu cerințe stricte de protecție, verificarea trebuie extinsă la structura completă și la integritatea ambalajului finit. Astfel se evită situația în care o proprietate excelentă a materialului este pierdută prin proiectarea sau execuția ambalajului.
Principiul de bază
Important: o fișă tehnică a materialului nu este, prin ea însăși, o dovadă a performanței ambalajului finit. Pentru aplicațiile critice, performanța trebuie confirmată pentru structura și configurația efectiv utilizate.
Testarea proprietăților de barieră
Proprietățile de barieră trebuie determinate prin metode de încercare standardizate. Rezultatul nu este doar o caracteristică a materialului, ci o valoare obținută în condiții precise de temperatură, umiditate, presiune și grosime a probei.
Din acest motiv, două valori preluate din fișe tehnice diferite nu trebuie comparate direct dacă metodele sau condițiile de testare nu sunt echivalente.
| Proprietate | Indicator | Ce se măsoară |
|---|---|---|
| Bariera la oxigen | OTR | Rata de transmitere a oxigenului prin probă. |
| Bariera la vapori de apă | WVTR | Rata de transmitere a vaporilor de apă. |
| Bariera la CO₂ | CO₂TR | Rata de transmitere a dioxidului de carbon. |
| Bariera la lumină | Transmitanță | Cantitatea de radiație care traversează materialul într-un anumit domeniu spectral. |
| Rezistență la grăsimi | Test specific | Rezistența materialului la pătrunderea sau penetrarea grăsimilor și uleiurilor. |
Materialul se testează în condiții definite
Permeabilitatea multor materiale crește odată cu temperatura.
Are un efect important asupra materialelor sensibile la apă, inclusiv asupra EVOH.
Modificarea grosimii schimbă rezistența la transfer prin material.
Coextrudarea, laminarea, acoperirile și orientarea pot modifica performanța măsurată.
Testarea materialului și testarea ambalajului finit
Testarea unui film determină proprietățile probei analizate. Pentru o evaluare completă, ambalajul finit poate necesita teste suplimentare care iau în considerare termosudurile, închiderile, capacele, valvele și celelalte componente.
Standardele ASTM și ISO stabilesc metode distincte pentru diferite tipuri de proprietăți. În documentația tehnică trebuie verificat întotdeauna standardul utilizat, metoda, condițiile de testare și unitatea de măsură.
Ce trebuie solicitat într-un raport de testare?
- materialul și structura testată;
- grosimea probei;
- metoda și standardul utilizat;
- temperatura și umiditatea relativă;
- valoarea măsurată și unitatea de măsură;
- data și identificarea probei;
- eventualele abateri sau condiții speciale de testare.
Important: o valoare de OTR, WVTR sau CO₂TR fără condițiile de testare este o informație incompletă și poate conduce la comparații tehnice greșite.
Proprietățile de barieră și durata de păstrare
Proprietățile de barieră influențează viteza cu care oxigenul, vaporii de apă, CO₂ sau alți compuși pătrund în ambalaj sau ies din acesta. Acest transfer poate determina modificări ale produsului pe durata depozitării.
Exemple de mecanisme de degradare
Oxigen → oxidare
Pătrunderea O₂ poate accelera oxidarea grăsimilor, degradarea unor vitamine, modificarea culorii și pierderea unor compuși aromatici.
Vapori de apă → modificarea umidității
Creșterea sau pierderea umidității poate modifica textura, activitatea apei, curgerea pulberilor și stabilitatea produsului.
CO₂ → pierderea carbonatării
La băuturile carbogazoase, pierderea CO₂ prin ambalaj poate reduce nivelul de carbonatare în timpul depozitării.
Compuși volatili → pierderea aromei
Pierderea treptată a compușilor aromatici poate modifica profilul senzorial al produsului.
OTR și WVTR nu reprezintă direct durata de păstrare
O valoare OTR sau WVTR exprimă o rată de transmitere, nu numărul de luni în care produsul rămâne conform. Pentru stabilirea duratei de păstrare trebuie cunoscută cantitatea de oxigen sau apă pe care produsul o poate tolera înainte ca un parametru de calitate să depășească limita acceptată.
De aceea, durata de păstrare nu poate fi dedusă corect doar dintr-o valoare de permeabilitate. Sunt necesare date despre produs, volumul și geometria ambalajului, condițiile de depozitare, nivelul inițial de oxigen sau umiditate și criteriul de degradare urmărit.
Cum se leagă datele de barieră de durata de păstrare?
Important: proprietățile de barieră sunt date de intrare pentru proiectarea și validarea duratei de păstrare, dar nu înlocuiesc studiile de stabilitate sau testarea produsului.
Alegerea barierei în funcție de produs
Cerința de barieră trebuie stabilită pornind de la mecanismul concret care poate degrada produsul. În practică, nu se caută „cel mai bun material”, ci o combinație de proprietăți care menține produsul în limitele de calitate stabilite pe durata de păstrare.
| Produs / categorie | Risc principal | Proprietate relevantă | Exemple de soluții |
|---|---|---|---|
| Cafea | Oxidare și pierderea compușilor aromatici | Barieră la O₂ și compuși volatili; controlul CO₂ | Structuri multistrat cu strat barieră; valve pentru cafea prăjită, atunci când sunt necesare |
| Produse uscate și pulberi | Absorbția umidității | WVTR redus | PE, PP sau structuri cu straturi suplimentare de barieră |
| Chipsuri și produse crocante | Umiditate și oxidarea grăsimilor | WVTR și OTR reduse | Structuri multistrat cu bariere combinate |
| Produse grase și uleioase | Penetrarea grăsimilor și oxidarea | Rezistență la grăsimi + barieră la O₂ | Polimeri adecvați, acoperiri sau structuri multistrat |
| Băuturi carbogazoase | Pierderea CO₂ | Barieră la CO₂ | Materiale cu permeabilitate redusă la CO₂ și sisteme de închidere etanșe |
| Produse fotosensibile | Degradare indusă de lumină | Transmitanță redusă în domeniul spectral relevant | Ambalaje opace, pigmentate, metalizate sau cu folie de aluminiu |
| Produse aromatice | Pierderea aromelor sau absorbția mirosurilor externe | Barieră la compuși volatili | Structuri cu materiale și straturi cu permeabilitate redusă la compușii relevanți |
Exemplu: produs uscat sensibil la umiditate
Dacă principalul mecanism de degradare este absorbția apei, criteriul de proiectare este în primul rând WVTR. O barieră excelentă la oxigen nu compensează un WVTR prea ridicat.
Invers, pentru un produs foarte sensibil la oxidare, un material cu WVTR excelent, dar cu OTR ridicat, nu rezolvă problema principală. Această diferențiere permite alegerea unei structuri eficiente fără utilizarea inutilă a unor straturi de barieră.
Regula practică
Proprietățile de barieră și sustenabilitatea ambalajului
Reducerea impactului unui ambalaj nu poate fi analizată separat de funcția sa principală: protejarea produsului. Un ambalaj cu material redus, dar cu o barieră insuficientă, poate conduce la pierderea produsului înainte de sfârșitul duratei de păstrare.
Din punct de vedere tehnic, obiectivul este obținerea nivelului necesar de protecție cu minimum de material și complexitate necesare, fără compromiterea funcționalității ambalajului.
Reducerea cantității de material
Reducerea grosimii sau a masei ambalajului poate diminua consumul de resurse, dar numai dacă proprietățile de barieră și rezistența rămân suficiente pentru utilizarea prevăzută.
Structuri simplificate
Reducerea numărului de materiale și a straturilor poate facilita gestionarea și reciclarea ambalajului, dacă performanța tehnică necesară poate fi menținută.
Materiale cu funcții multiple
Un material sau o structură bine proiectată poate combina protecția mecanică, bariera și etanșarea, reducând necesitatea unor componente suplimentare.
Monomaterial vs. structuri multistrat
Structurile monomaterial pot simplifica reciclarea atunci când sunt compatibile cu fluxurile de reciclare existente. Totuși, trecerea de la o structură multistrat la una monomaterială nu trebuie făcută doar pe baza compoziției materialului.
Dacă noua structură pierde prea mult din bariera la oxigen sau la vapori de apă, durata de păstrare poate fi redusă. În acest caz, avantajul de material sau reciclabilitate poate fi însoțit de o pierdere a funcției de protecție.
Direcții tehnice de optimizare
Ideea esențială: un ambalaj sustenabil nu este pur și simplu un ambalaj cu mai puțin material. Este un ambalaj care utilizează resursele necesare pentru a asigura protecția cerută și poate fi gestionat corespunzător la sfârșitul utilizării.
Cum stabilim cerința de barieră pentru un ambalaj?
Cerința de barieră nu se stabilește pornind de la materialul disponibil, ci de la factorul care poate degrada produsul și limita maximă de transfer pe care produsul o poate tolera.
Identificarea degradării
Se stabilește ce modificare limitează durata de păstrare: oxidare, absorbție de apă, pierdere de aromă, pierdere de CO₂, degradare fotochimică etc.
Identificarea factorului
Se determină substanța sau factorul care trebuie controlat: O₂, H₂O, CO₂, lumină sau un compus volatil specific.
Stabilirea limitei
Se stabilește nivelul maxim de transfer sau nivelul maxim de modificare a produsului care poate fi acceptat până la sfârșitul duratei de păstrare.
Alegerea structurii
Se selectează materialul sau structura care poate atinge cerința, apoi se verifică prin testare.
Exemplu: produs sensibil la oxigen
Presupunem că produsul își pierde calitatea atunci când cantitatea totală de oxigen care ajunge în ambalaj depășește o anumită limită. Nu este suficient să se solicite „un film cu barieră mare la oxigen”.
Valoarea OTR țintă nu poate fi stabilită corect doar dintr-un tabel generic de materiale. Ea rezultă din cerința produsului, geometria ambalajului, suprafața disponibilă pentru transfer, durata de păstrare și condițiile de depozitare.
De la proprietatea materialului la specificația ambalajului
Date de intrare
- compoziția și sensibilitatea produsului;
- durata de păstrare urmărită;
- temperatura și umiditatea de depozitare;
- dimensiunile și suprafața ambalajului;
- atmosfera inițială din ambalaj.
Rezultatul urmărit
- valoare OTR, WVTR sau CO₂TR țintă;
- limită de transmitanță luminoasă;
- cerință de rezistență la grăsimi;
- cerință pentru compuși volatili;
- specificație tehnică pentru structura finală.
Verificarea finală
După selectarea structurii, proprietățile de barieră trebuie confirmate prin teste efectuate în condiții relevante pentru utilizarea reală. Pentru aplicațiile cu cerințe stricte, verificarea ambalajului finit este preferabilă unei simple extrapolări din datele furnizorului de materie primă.
Principiul tehnic: cerința de barieră trebuie transformată într-o specificație măsurabilă. „Barieră bună” nu este o specificație tehnică; „OTR ≤ X în condițiile Y” este.
Verificarea și documentarea performanței de barieră
Performanța de barieră trebuie susținută de date tehnice verificabile. Pentru selecția unui ambalaj, nu este suficientă mențiunea comercială „barieră ridicată” sau „protecție avansată”.
Documentația trebuie să permită identificarea materialului testat, a metodei utilizate și a condițiilor în care a fost obținut rezultatul.
Fișa tehnică
Trebuie să indice proprietățile relevante ale materialului, grosimea, structura și valorile de permeabilitate declarate.
Raportul de testare
Confirmă metoda de încercare, condițiile de testare, proba analizată și rezultatele măsurate.
Specificația ambalajului
Stabilește cerințele concrete pentru materialul și structura utilizate în producția ambalajului.
Ce trebuie verificat în documentația furnizorului?
Identitatea materialului
- tipul materialului;
- structura și numărul de straturi;
- grosimea;
- eventuale acoperiri sau tratamente.
Datele de încercare
- standardul sau metoda de testare;
- temperatura;
- umiditatea relativă;
- unitatea de măsură;
- valoarea obținută.
Datele trebuie să fie comparabile
Un material declarat cu OTR = 0,5 cm³/m²·zi nu poate fi comparat automat cu un alt material declarat cu aceeași unitate dacă valorile au fost obținute la temperaturi sau umidități diferite.
În special pentru materiale precum EVOH, variația umidității poate modifica semnificativ proprietățile de barieră la oxigen. Condițiile de testare trebuie, prin urmare, analizate înaintea interpretării valorilor.
Dosarul tehnic minim pentru o soluție de ambalare
Important: o declarație comercială privind proprietățile de barieră trebuie susținută de date tehnice identificabile și condiții de testare clare. Pentru selecția profesională a ambalajului, acestea sunt datele care permit o comparație reală între soluții.
Legislație, standarde și documentație tehnică
Proprietățile de barieră sunt evaluate prin standarde tehnice, iar pentru anumite aplicații se aplică și cerințe legislative specifice. Pentru ambalajele destinate contactului cu alimentele, cadrul european stabilește cerințe privind siguranța materialelor și articolelor care pot intra în contact cu alimentele. :contentReference[oaicite:0]{index=0}
Legislație relevantă pentru contactul alimentar
Regulamentul (CE) nr. 1935/2004 reprezintă cadrul general european pentru materialele și articolele destinate să intre în contact cu alimentele.
Regulamentul (CE) nr. 2023/2006 stabilește cerințele privind bunele practici de fabricație pentru materialele și articolele destinate contactului cu alimentele.
Pentru materialele plastice se aplică, în mod specific, Regulamentul (UE) nr. 10/2011, inclusiv cerințele privind materialele plastice multistrat și utilizarea lor în contact cu alimentele. :contentReference[oaicite:1]{index=1}
Standarde pentru proprietățile de barieră
Pentru filmele și foliile din plastic există standarde ISO dedicate determinării transmisiei gazelor și vaporilor de apă.
ISO 15105-1:2007 stabilește metode pentru determinarea ratei de transmitere a gazelor prin filme și structuri multistrat din plastic. Standardul este în prezent în curs de revizuire. :contentReference[oaicite:2]{index=2}
Pentru transmiterea vaporilor de apă există seria ISO 15106, cu metode bazate, de exemplu, pe senzori de umiditate, infraroșu, presiune sau alte principii de detecție. :contentReference[oaicite:3]{index=3}
Ce documente trebuie solicitate furnizorului?
Material, structură, grosime și proprietăți de barieră declarate.
Metoda, standardul, condițiile de testare și rezultatele măsurate.
Documentele relevante pentru domeniul de utilizare și legislația aplicabilă.
Identificarea exactă a structurii, inclusiv straturi, acoperiri și grosimi.
Temperatură, umiditate relativă, gazul testat, grosimea probei și unitatea de măsură.
Identificarea produsului, lotului sau probei pentru care sunt valabile datele.
Ce trebuie verificat înainte de compararea a două materiale?
- standardul sau metoda utilizată;
- gazul sau vaporii testați;
- temperatura și umiditatea relativă;
- grosimea și structura probei;
- unitatea de măsură;
- identitatea exactă a materialului testat;
- data și valabilitatea documentației, atunci când sunt relevante.
Important: un standard de testare descrie cum se măsoară o proprietate, nu stabilește automat ce valoare este suficientă pentru un anumit produs. Cerința tehnică trebuie stabilită separat, iar conformitatea cu legislația aplicabilă trebuie verificată pentru utilizarea concretă.
Notă informativă
Informațiile prezentate au caracter general și informativ și nu constituie consultanță juridică, tehnică, de reglementare sau evaluare de conformitate.
Cerințele aplicabile pot varia în funcție de produs, material, utilizare și piața vizată. Legislația și standardele se pot modifica, astfel încât informațiile trebuie verificate în forma și la momentul aplicabile.
Pentru un produs sau proiect concret, este necesară analiza documentației tehnice și, după caz, efectuarea unor evaluări sau teste de specialitate.